蔡诗东等离子体物理学词典.pdf

物理学词典 等离子体物理学分册 蔡诗东 夏蒙棼 李银安 周汝玲 姚国昌 周美和 前言 物理学是一门范围广泛的基础科学 近几十年来发展迅速 为了适应这一发展形势 我 们组织编写了 物理学词典 物理学词典 是一部物理学专业工具书 书中收集了物理学各分支学科的主要名词及 其相应的英文名称 并对它所涉及的定义 基本概念 基本原理等作了简要说明 有的词后 还附有插图 以帮助理解词义 物理学词典 先按十三个分支学科分册出版 它们是 一 理论物理学 二 电磁学 三 力学 四 光学 五 声学 六 分子与原子物理学 七 原子核物理学 八 粒子物 理学 九 宇宙学 十 等离子体物理学 十一 低温物理学 十二 固体物理学 十三 高压物理学 各分册选收了该学科主要名词 与该学科有关的其他学科的名词可参阅有关分 册 为了阅读方便 各分册之间有的名词重复出现 释文未作统一审定 各分册出版顺序将 根据各个分册的编写进度而定 本书是 物理学词典 等离子体物理学分册 书中选收等离子体物理学方面的名词共 413 条 等离子体物理学是一门正在迅速发展的基础学科 它与很多科学技术领域的发展有着密 切的联系 它们彼此影响 互相促进 二十世纪中叶以来 在天体物理学 尤其是在受控热 核聚变反应研究的推动下 这门学科有了很大的发展 因此 在选定词目和编写释文上除了 照顾到作为一本工具书所应有的特点以外 还力求反映这门学科当前的面貌和发展动向 本 书着重反映等离子体物理学以及受控热核反应研究中所涉及的基本概念和基本方法 同时也 收集了有关天体等离子体及其它方面的有关内容 参加本书编写的有蔡诗东 夏蒙棼 李银安 周汝玲 姚国昌和周美和 本书在编写过 程中还得到陈雁萍 沈解伍和叶茂福的帮助 在此谨表衷心感谢 由于编者水平有限 加之时间仓促 书中难免存在缺点和错误 敬请读者批评指正 电子版编者的几句话 等离子体物理词典是一本通俗 实用的手册 当之无愧为等离子体入门者及工程技术人 员的手边书 电子版的制作是为各位同学 同行提供一个更方便的查找方式 也以此纪念我 们尊敬的蔡诗东等老一辈等离子体物理学家 本书及姚国昌词汇电子版的前期部分工作由谢华生完成 把等离子体物理的根扎在中国 愿我们简单 繁琐的工作能为此项事业贡献一点点力 量 南华大学 11 级硕士研究生 2012 10 7 注 电子版将纸质版中的一些内容省略了 如页码 因为考虑到查找时可直接利用 PDF 阅 读器查找工具进行查找 Email lijch2011 名词目录 一 等离子体 等离子体 plasma 热核等离子体 thermal nuclear plasma 静等离子体 quiescent plasma 磁化等离子体 magnetized plasma 相对论等离子体 relativistic plasma 电弧 放电 等离子体 arc plasma 非中性等离子体 non neutral plasma 洛伦兹气体 Lorentz gas 各向同性等离子体 isotropic plasma 爆炸导线等离子体 exploding wire plasma 简并等离子体 degenerate plasma 无碰撞等离子体 collisionless plasma 碰撞等离子体 collisional plasma 冷等离子体 cold plasma 合成等离子体 synthesis plasma 固态等离子体 solid state plasma 光学薄等离子体 optically thin plasma 电离气体 ionized gas 天体等离子体 astrophysical plasma 电离层等离子体 ionosphere plasma 磁层 magnetosphere 磁层顶 magnetopanse 磁层等离子体 magnetosheric plasma 等离子体层顶 plasma pause 磁尾 magnetic tail 范艾伦带 Van Allen belt 太阳风 solar wind 弓激波 bow shock wave 二 等离子体一般性质 光学厚度 optical thickness 双麦克斯韦分布 bi Maxwellian distribution 约化分布函数 reduced distribution function 损失锥 loss cone 损失锥分布 loss cone distribution 等离子体的热力学平衡 plasma thermodynamic equilibrium 局部热平衡 local thermal equilibrium 德拜屏蔽效应 Debye shielding effect 德拜长度 Debye length 集体现象 collective phenomenon 等离子体频率 plasma frequency 离子等离子体频率 ion plasma frequency 等离子体鞘 plasma sheath 自洽场 self consistent field 箍缩效应 pinch effect 逆磁漂移 diamagnetic drift 逆磁电流 diamagnetic current 等离子体的逆磁效应 diamagnetic effect of plasma 回旋频率 cyclotron frequency 拉摩频率 Larmor frequency 拉摩半径 Larmor radius 回旋半径 cyclotron radius 有限拉摩半径效应 effect of finite Larmor radius 导向中心 guiding centre 漂移近似 drift approximation 导向中心近似 guiding centre approximation 绝热不变量 adiabatic invariant 磁矩 magnetic moment 纵向绝热不变量 longitudinal adiabatic invariant 共振粒子 resonant particle 俘获粒子 trapped particle 弹跳频率 bounce frequency 逃逸电子 runway electron 试探粒子 test particle 场粒子 field particle 粒子轨道理论 particle orbit theory 单粒子模型 single particle model 磁场梯度漂移 gradient B drift 曲率梯度漂移 curvature drift 广义力漂移 generalized force drift 电漂移 electric drift 等离子体动力论 plasma kinetic theory BBGKY 链 BBGKY hierarchy 动力方程 kinetic equation 弗拉索夫方程 Vlasov equation 无碰撞动力方程 collisionless kinetic equation 朗道方程 Landau equation 巴列斯库 勒纳方程 Balescu Lenard equation 克利蒙托维奇 杜普里方程 Klimontovich Dupree equation 磁流体力学 magnetohydrodynamic 广义欧姆定律 generalized Ohm s law 单流体理论 one fluid model 二流体模型 two fluid model 矩方程 moment equation 磁雷诺数 magnetic Reynold s number 磁刚性 magnetic rigidity 磁应力 magnetic stress 磁应力张量 magnetic stress tensor 磁张力 magnetic tension 磁压强 magnetic pressure 磁力线冻结 frozen in field line 双绝热理论 double adiabatic theory 双绝热近似 double adiabatic approximation CGL 方程 Chow Goldberger Low equation 无规相位近似 random phase approximation 等离子体模拟 plasma simulation 磁导 magnetic island 漂浮电势 floating potential 三 基本过程 电荷交换 charge exchange 电荷分离 charge separation 日冕模型 corona model 洛伦兹离解 Lorentz dissociation 库仑碰撞 Coulomb collision 库仑散射角 Coulomb scattering 小角度散射 small angle scattering 库仑对数 Coulomb logarithm 电子 离子碰撞频率 electron ion collision frequency 离子 离子碰撞频率 ion ion collision frequency 弛豫时间 relaxation time 动力摩擦 dynamic friction 切伦科夫共振 Cerenkov resonance 回旋共振 cyclotron resonance 波 粒子共振效应 wave particle resonant effect 等离子体辐射 plasma radiation 碰撞辐射等离子体模型 collisional radiative plasma model 韧致辐射 bremsstrahlung 切伦科夫辐射 Cerenkov radiation 同步辐射 cyclotron radiation 四 热核聚变原理与装置 核聚变反应 nuclear fusion reaction 受控核聚变 controlled thermonuclear fusion 等离子体约束 plasma confinement 约束时间 confinement time 能量约束时间 energy confinement time 能量置换时间 energy replacement time 能量损失时间 energy loss time 劳逊判据 Lawson criterion 点火条件 ignition condition 等离子体的临界温度 critical temperature of plasma 等离子体的点火温度 ignition temperature of plasma 热核装置 thermonuclear machine 静电约束 electrostatic confinement 磁约束 magnetic confinement 比压 beta ratio 磁面 magnetic surface 磁位形 magnetic configuration 闭合磁位形 closed magnetic configuration 开端磁位形 open magnetic configuration 混杂磁位形 hybrid magnetic configuration 磁阱 magnetic well 平均磁阱 average magnetic well 非零最小 B 场位形 non zero minimum B field configuration 平均最小 B 位形 average minimum B configuration 极大 J 条件 maximum J condition 环形位形 toroidal magnetic configuration 反场位形 reversed field configuration 纵横比 aspect ratio 环向磁场 toroidal magnetic field 角向磁场 poloidal magnetic field 磁轴 magnetic axis 旋转变换 rotational transform 安全因子 safety factor 无理磁面 irrational magnetic surface 有理磁面 rational magnetic surface 磁力线的剪切 shear of magnetic field lines 剪切场 shearing field 环效应 toroidal effect 环向漂移 toroidal drift 垂直场 vertical field 无力场 force free field 无力等离子体 force free plasma 托卡马克 tokamak 仿星器位形 stellarator configuration 高比压仿星器 high beta stellarator 多极位形 multipole configuration 磁镜 magnetic mirror 磁镜比 mirror ratio 磁镜位形 magnetic mirror configuration 磁镜装置 magnetic mirror machine E 层 E layer 终端损失 end loss 高频堵漏 high frequency plug 皱褶环 bumpy torus 会切位形 cusp configuration 堵缝会切位形 stuffed cusp configuration 磁笼 magnetic trap 磁瓶 magnetic bottle 直线箍缩 linear pinch Z 箍缩 Z pinch 角向箍缩 theta pinch 硬心箍缩 hard core pinch 带状箍缩 belt pinch 螺旋箍缩 screw pinch 弥散箍缩 diffuse pinch 等离子体焦点 plasma focus 高频约束 high frequency confinement 惯性约束 inertial confinement 激光聚变 laser fusion 带电粒子束聚变 charged particle beam fusion 村套 liner 外围等离子体 environmental plasma 冷电气层实验 cold gas blanket experiment 阴阳线圈 yin yang coil 镜象电流 image current 爆聚衬筒 implosion liner 反转条件 turn around condition 壁稳定 wall stability 动力反馈稳定 dynamic feedback stabilization 偏滤器 divertor 锐边界模型 sharp boundary model 成形磁场 profiled magnetic field shaping magnetic field 五 震荡与波 等离子体中的波 waves in plasma 色散关系 dispersion relation CMA 图 Clemmov Mnllaly Allis diagram 波能 wave energy 正波能 positive energy wave 负波能 negative energy wave 纵波 longitudinal wave 静电波 electrostatic wave 电子等离子体振荡 electron plasma oscillation 郎缪尔振荡 Langmuir oscillation 电子等离子体波 electron plasma wave 郎缪尔波 Langmuir wave 离子波 ion wave 离子等离子体振荡 ion plasma oscillation 离子等离子体波 ion plasma wave 离子声速 ion sound speed 磁声波 magnetosonic waves 磁声速 magnetosonic velocity 阿尔芬波 Alfven wave 阿尔芬速度 Alfven velocity 磁流体动力学波 magnetohydrodynammic wave 慢磁声波 slow magnetosonic wave 离子声波 ion sound acoustic wave 斜阿尔芬波 oblique Alfven wave 快磁声波 fast magnetosonic wave 阿普顿 哈特里色散关系 Appleton Hartree dispersion relation 离子回旋波 ion cyclotron wave 哨声波 whistler wave 螺旋波 helicon wave 电子回旋波 electron cyclotron wave 寻常波 ordinary wave 非寻常波 extraordinary wave 低混杂波 lower hybrid wave 低混杂频率 lower hybrid frequency 高混杂波 upper hybrid wave 高混杂频率 upper hybrid frequency 伯恩斯坦波 Bernstein wave 漂移波 drift waves BGK 模 BGK mode 赝波前 pseudo wave front 爆燃波 deflagration wave 燃烧波 combusion wave 六 不稳定性 等离子体不稳定性 plasma instability 微观不稳定性 microinstability 动力不稳定性 kinetic instability 宏观不稳定性 macroinstability 无碰撞不稳定性 collisionless instability 静电不稳定性 electrostatic instability 电磁不稳定性 electromagnetic instability 绝对不稳定性 absolute instability 对流不稳定性 convective instability 局域不稳定性 local instability 碰撞阻尼 collisional damping 无碰撞阻尼 collisionless damping 朗道阻尼 Landau damping 朗道增长 Landau growth 那奎斯特方法 Nyquist method 能量原理 energy principle 负 V 判据 negative V criterion 苏丹姆判据 Suydam criterion 不稳定性阈 值 instability threshold 离子声波不稳定性 ion sound wave instability 离子 波不稳定性 ion wave instability 回旋不稳定性 cyclotron instability 哨声波不稳定性 whistler wave instability 螺旋波不稳定性 helicon wave instability 损失锥不稳定性 loss cone instability 磁镜不稳定性 mirror instability 双流不稳定性 two stream instability 二束不稳定性 two beam instability 巴涅曼不稳定性 Bunerman instability 束 等离子体不稳定性 beam plasma instability 尾隆不稳定性 bump in tail instability 瑞利 泰勒不稳定性 Rayleigh Taylor instability 重力不稳定性 gravitation instability 微波激射不稳定性 maser instability 普适不稳定性 universal instability 槽纹不稳定性 flute instability 交换不稳定性 interchange instability 漂移不稳定性 drift instability 俘获粒子不稳定性 trapped particle instability 熵不稳定性 entropy instability 开尔文 亥姆霍兹不稳定性 Kelvin Helmholtz instability 腊肠不稳定性 sausage instability 扭曲不稳定性 kink instability 蠕动不稳定性 wriggling instability 内部扭曲不稳定性 internal kink instability 克鲁斯卡尔 沙弗拉诺夫极限 Kruskal Shafranov limit 水龙带不稳定性 fire hose instability 阿尔芬波不稳定性 Alfven wave instability 螺旋不稳定性 screw helical instability 撕裂模不稳定性 tearing mode instability 电阻撕裂膜不稳定性 resistive tearing mode instability 无碰撞撕裂膜不稳定性 collisionless tearing instability 破裂不稳定性 disruptive instability 气球不稳定性 ballooning instability 七 输运过程 等离子体输运现象 plasma transport phenomenon 经典输运 classical transport 横向扩散 transverse diffusion 双极扩散 ambipolar diffusion 西蒙扩散 simon diffusion 电子 离子 迁移率张量 electron ion mobility tensor 新经典输运 neoclassical transport 普费尔施 施吕特区 Pfirsch Schluter region 普费尔施 施吕特扩散 Pfirsch Schluter diffusion 香蕉粒子 banana particle 香蕉宽度 banana width 香蕉区 banana region 香蕉扩散 banana diffusion 靴带电流 bootstrap current 反常输运 anomalous transport 赝经典输运 pseudo classical transport 反常扩散 anomalous diffusion 增强扩散 enhanced diffusion 玻姆扩散 Bohm diffusion 泄露扩散 drain diffusion 八 等离子体产生与加热 等离子体加热 plasma heating 辅助加热 auxiliary heating 焦耳加热 Joule heating 射频加热 radio frequency heating 回旋波共振吸收 cyclotron wave resonant absorption 电子回旋共振加热 electron cyclotron resonant heating ECRH 离子回旋共振加热 ion cyclotron resonant heating ICRH 磁滩 magnetic beach 回旋弛豫效应 gyrorelaxation effect 阿尔芬波加热 Alfven wave heating 磁泵 magnetic pump 声加热 acoustic heating 渡越 时间加热 transit time heating 碰撞加热 collisional heating 湍流加热 turbulent heating 参量共振加热 parametric resonant heating 激波加热 shock wave heating 中性 粒子 束注入加热 neutral injection heating 绝热压缩 adiabatic compression 爆聚加热 implosion heating 预电离 preionization 九 激波 激波 shock wave 磁流体动力学激波 magnetohydrodynamic shock wave 碰撞激波 collisional shock wave 无碰撞激波 uncollisional shock wave 色散激波 dispersion shockwave 包络激波 envelope shock wave 层流激波 laminar shock wave 湍流激波 turbulent shock wave 耗散激波 dissipative shock wave 兰金 雨贡妞方程 Bankine Hugonict equation 雪耙模型 snow plow model 磁活塞 magnetic piston 爆震波 激震波 detonation wave 十 非线性现象与湍流 等离子体的非线性效应 non linear effects in plasma 非线性波 粒子共振效应 non linear wave particle resonant effect 三波过程 three wave process 等离子体回声 p1asma echo 参量激发 参量不稳定性 parametric excitation parametric instability 边带效应 side band effect 非线性波 non linear wave 等离子体的激光散射 laser light scattering by plasma 受激喇曼散射 stimulated Raman scattering 受激布里渊散射 stimulated Brillonin scattering 调制不稳定性 modulational instability 包络不稳定性 envelope instability 衰变不稳定性 decay instability 等离子体湍流 plasma turbulent 等离子体的磁流体动力学湍流 plasma magnetohydrodynamic turbulence 弱湍流 weak turbulence 强湍流 strong turbulence 准线性理论 quasi linear theory 孤立子 soliton 十一 等离子体诊断 等离子体诊断技术 plasma diagnostic technique 纹影法 schlieren technique 阴影 照相 法 shadowgraph method 等离子体光谱学 plasma spectroscopy 克尔效应 Kerr effect 空腔共振器方法 cavity resonator method 飞行时间法 time of flight method 等离子体吞食器 plasma cater 逆磁回路 diamagnetic loop 罗戈夫斯基线圈 Rogowaky coil 磁探针 magnetic probe 郎缪尔探针 Langmuir probe 双探针 double probe 射频探针 RF probe 共振探针 resonance probe 粒子探针 particle probe 中性束探针 neutral particle probe 重离子束探针 heavy ion beam probe 法拉第旋转效应 Faraday rotation effect 扫描照相法 streak photography streaming photography smear photography 分辐照相法 framing photography 激光散射测量 laser scattering measurement 标准干涉法 standard interferometry 马赫 曾恩德干涉仪 Mach Zehnder interferometer 激光干涉仪 laser interferometer 拍频干涉法 frequency beating interferometry 吸收法 absorption method 脉冲幅度分析法 method of pulse height analysis 中子测量 neutron measurement 热流势法 heat flax potential method 等离子体衰减法 plasma decay method 超声法 ultrasonic method 十二 其他 哈特曼数 Hartman number 等离子体火箭 plasma rocket 等离子体矩 P1asma torch 磁流体 MHD 发电 magnetohydrodynamic MHD generation 哈特曼流动 Hartman flow 等离子体加速器 plasma accelerator 溅射 sputtering 一 等离子体 等离子体 plasma 等离子体是区别于固体 液体和气体的另一种聚焦状态 当物质的温度从低到高时 它将逐次经过固体 液体和气体三种聚集状态 当温度进 一步升高时便变为等离子体 即电子从原子中剥离出来 成为带电粒子 电子和离子 组成 的气体 电离气体具有消除其内部电场的趋势 这种效应称为德拜屏蔽效应 而实现这种屏蔽 要一定的距离 这距离称为德拜长度 例如 带电的容器器壁所产生的电场穿入电离气体的 深度大约是几个德拜长度的范围 离器壁更远的内部区域电磁被屏蔽掉了 电离气体只有在 满足一定条件时才称为等离子体 这些条件可表达为 一 体系的尺度必须远大于德拜长度 二 粒子间的平均距离必须远小于德拜长度 在这种条件下 体系在整体上近似的呈现电中 性 称为准中性 同时具有集体行为 即粒子的运动不仅取决于其附近的局域条件 而且 还与远处区域的状态有关 因而可以出现集体运动的形式 此外 还要求带电粒子与中性粒 子的碰撞足够稀小 使得决定粒子运动的主要不是中性粒子的碰撞 而是粒子间的电磁相互 作用 一般说来 等离子体概念可作如下定义 它是由大量的接近于自由运动的带电粒子所 组成的体系 在整体上是准中性的 粒子的运动主要又粒子间的电磁相互作用所决定 由于 这是长程的相互作用因而使它显示出集体行为 例如振荡与波 不稳定性等 除了等离子体气体外 金属中的传导电子 半导体的电子与空穴也可满足等离子体条 件 具有等离子体性质 这种等离子体称为固态等离子 某些液体 如强电解质 也能显示 出等离子体行为 这称为液体等离子体 有时 等离子体的概念还用于具有过量电荷 过量 电子或过量离子 的情形 称为非中性等离子体 在电离度很低 粒子间的作用以带电粒子 与中性粒子间的碰撞为主时 称为弱等离子体 除闪电时形成的瞬间等离子体 地球表面上几乎没有自然存在的等离子体 但只要把 眼光投向宇宙 就可以看到 从电离层直到宇宙的深处 物质几乎都是以等离子体的状态存 在着 有人估计 宇宙中 99 以上的物质都处于等离子体状态 而我们所居住的区域仅仅 是等离子体 沧海 中缺乏等离子体的一 粟 等离子体概念的形成与气体放电的研究及天文学的发展密切相关 1879 年 克鲁斯克 Crookes 把放电管中物质的状态称为物质的第四态 即与固态 液体 气体并列 1928 年 郎缪尔 Langmuir 等人引入 plasma 一词来称呼放电管中远离边界的内部区域 Plama 来自希腊词 其原意是血浆 原生质 等离子体与很多科学技术部门有密切关系 并有着广泛的技术应用 如天体物理学 氢弹及受控核聚变反应 磁流体发电 等离子体推进 用于宇宙飞行 同位素分离 无线 电通讯 等离子体化学 气体激光以及各种气体放电 等离子体喷涂 焊接 切割等等 等 离子体物理学这门学科是物理工作者 应用数学工作者及工程技术人员大有前途的研究领 域 热核等离子体 thermal nuclear plasma 在热核反应时 物质处于极高温 已完全电离成等离子体状态 这种等离子体称为热 核等离子体 又称高温等离子体 热核等离子体的温度范围一般为几千万到几亿度 静等离子体 quiescent plasma 是一种很稳定的等离子体 密度和温度较低 如 密度可在 1013 3 1010 厘米 范 0 2围 温度 eV 有较长的寿命 并且几乎是完全电离的 通常采用一种叫做 Q 静 态 机 的装置来产生静等离子体 等离子体由碱金属通过接触电离 与温度 2300K 的钨 板接触 产生的 静等离子体中不像一般热核装置中的等离子体那样有很多复杂的过程相互 耦合在一起 静等离子体中发生的一些过程比较单纯 这对于研究各种过程的规律 检验等 离子体理论是很有意义的 例如 离子等离子体波 静电离子回旋波等都是首先在 Q 机的 等离子体中观测到的 此外 还用它来研究漂移波和漂移不稳定性等 磁化等离子体 magnetic plasma 当外磁场的存在对所讨论的等离子体的性质有实质性的影响时 这种等离子体称为磁 化等离子体 相对论等离子体 relativistic plasma 如果等离子体中电子的能量很高 以致经典 非相对论 力学对它不再适用 而要用 相对论来描述是 这样的等离子体称为相对论等离子体 相对论效应是否重要 取决于参量 cc 为粒子速度 为光速 经典力学适用于 则在等离子体内无论是出现了局 域的电荷密度升高引起的电势 还是由外界引入电势 它们都将在远小于 L 的距离内被屏 蔽掉 在等离子体的大部分区域内仍保持没有大的电场 由电场与电荷密度的关系可知 在 等离子体的大部分区域匀不能有大的电荷密度 事实上 很小的电荷密度便可产生很大的 电场 德拜屏蔽效应使等离子体基本上保持为电中性 这称为 准中性 准中性要求 D L 这是电离气体成为等离子体的基本条件之一 德拜屏蔽效应还在带电粒子间的静电相互作用中表现出来 带电粒子间的静电库仑力 是一种随距离衰减很慢的长程力 但每一粒子都具有吸引相反电荷的粒子 排斥同类电荷的 粒子的趋势 在粒子作无规热运动的过程中 平均说来 总被过量的相反电荷 粒子云 包围 着 这使得粒子的电场被屏蔽 其有效作用范围是德拜半径 D 的量级 这称为屏蔽库仑作 用 只有当带电粒子之间的距离小于 D 时才有相互作用 这种屏蔽效应出现的条件是粒子 的平均远离远小于 D 即在德拜球 以 D 为半径的球 内粒子数远大于 1 这也是电离气体 成为等离子体的基本条件之一 德拜长度 Debye length 见 德拜屏蔽效应 条 集体现象 collective phenomenon 等离子体中的集体现象 一般指 主要不是由等离子体中单个粒子的运动所产生的各种 现象 而是由等离子体总体的行为所产生的现象如德拜屏蔽效应 集体振荡或波动 即集体 自由度的激发 以及与这些集体运动直接有关的现象 如反常输运现象 集体辐射及等离子 体对外界作用的集体响应 等离子体集体效应主要来源于库仑作用的长程性质 集体现象有时也叫做合作现象 cooperative phenomenon 合作现象 cooperative phenomenon 合作现象又称集体现象 见 集体现象 条 等离子体频率 plasma frequency 在冷等等离子体中 当电子偏离平衡位置时会出现静电恢复力而形成振荡 称为电子 等离子体振荡 这是一种静电振荡 离子由于质量远大于电子因而对这种高须振荡几乎不响 应 电子等离子体振荡的频率称为 电子 等离子离子体频率 通常记为 pe 2 1 2 4 pe e ne m 其中 e 为电子电荷 e m和n分别是电子的质量和数密度 参见 电子等离了体振荡 条 离子等离子体频率 ion plasma frequency 是离子等离子体振荡的频率 定义为 2 1 2 4 i i pi i ne m 其中 iii e n m分别为离子的电荷 密度及质量 参见 离子等离子体振荡 条 等离子体鞘 plasma sheath 是指等离子体与器壁或电极接触时在两者之间形成的一过渡区域 在等离子体形成的 过程中 由于电子跑向器壁的损失率比离子大得多 结果使器壁相对于等离子体具有负电位 当电子损失率下降到与离子相同而达到准稳状态时 器壁的电位是粒子热能 除以电荷 e 的 量级 由于德拜屏蔽效应 在等离子体内部仍保持为无电场和电中性状态 过渡区的厚度是 几个德拜长度的量级 在鞘中 从内到外密度是下降的 但电子密度的下降比离子快 是非 中性的 同时电势也是下降的 即存在指向器壁的电场 鞘的存在使等离子体中电子和离子 向器壁的损失率相同 其漂移速度是离子热速度的若干倍 远小于电子热速度 在有磁场时 鞘出现在磁力线方向与器壁相交的地方 自洽场 self consistent field 由等离子体的运动产生的反过来又影响等离子体运动的电场或磁场 称为自治场 如 不稳定性引起等离子体运动 并由此产生电 磁场的扰乱 电磁场的扰动反过来又作用在等 离子体粒子上 因此带电粒子的扰动与其所产生的电磁场是自治的 箍缩效应 pinch effect 流过等离子体的强电流和这电流本身产生的磁场之间的相互作用能引起等离子体柱沿 径向箍缩 这种效应称为箍缩效应 在箍缩过程中 等离子体的密度和温度均增加 因而这 种效应可用来加热等离子体 逆磁漂移 diamagnetic drift 当等离子体在垂直磁场方向存在压力梯度P 时 会导致等离子体垂直于磁场及压力梯 度方向的漂移 D 2 D c PB e nB e i e i分别表示电子和离子 e e i 表示等离子体粒子的电荷值 c 是光速 n 是等离子体密度 这种漂移称谓逆磁漂移 可见 逆磁漂移的方向与粒子种类有关 而漂 移速度的大小与粒子质量大小无关 由于电子和离于的逆磁漂移方向相反 可以形成电流 这种电流称为逆磁电流 圆柱等离子体中的逆磁漂移示意图 P 是沿径向 逆磁电流 diamagnetic current 由于电子和离子的逆磁漂移速度方向不同 因而当逆磁漂移存在时会产生电流 此电流 称为逆磁电流 逆磁电流密度 D j的表达为 DDiDe jne VV e i 为粒子的逆磁漂移速度 e i分别表示电子和离子 逆磁电流 及逆磁漂移 在微观上与粒子在磁场中的回旋运动有关 在均匀等离子体中 与回旋运动所相应的微观电流互相抵消 不出现宏观电流 在不均匀的等离子体中 或有边 界的情形 回旋运动将导致宏观电流产生 例如 有密度梯度时 将在垂直于梯度及磁场 的方向出现电流 因为此时从不同方向通过一个体元的粒子数是不同的 电流不能完全抵消 这种电流便是逆磁电流 它所产生的磁场与原来磁场方向相反 使通过等离子体的磁通量下 降 此效应称为等离子体的逆磁效应 等离子体的逆磁效应 diamagnetic effect of plasma 等离子体具有减少穿过它的磁通量的性质 称为等离子体的逆磁效应 这种效应可以 用逆磁电流解释 参见 逆磁电流 条 从微观角度看 每一个带电被子在磁场中做回旋运动时 具有一个与磁场方向相反的 磁矩 因此其总的效应是使穿过等离子体的磁通量下降 回旋频率 cyclotron frequency 在磁场中 带电粒子在洛伦兹力作用下绕强力线所做回旋运动的固有频率 回旋频率 又常称为拉摩频率 过去曾把回旋频率定义为拉摩频率的两倍 其大小为 q B m c i e 其中q 为 类粒子 i e分别表示离子和电子 的电荷 包括符号 m 为 类粒子的质 量 B为磁场 c为光速 拉摩频率 Larmor frequency 拉摩频率又称回旋频率 见 回旋频率 条 拉摩半径 Larmor radius 带电粒子在均匀恒定磁场中的运动是由两部分组成 一部分是沿着磁力线的 纵向 均 匀直线运动 另一部分是围绕着磁力线的 横向 匀速圆周运动 这两部分组合起来 就使带 电粒子沿磁力线作螺旋运动 带电粒子围绕着磁力线做圆运动的回旋半径 称为拉莫半径 通常定义为 v r v 表示该粒子在垂直于磁场方向的运动速率 通常也可以热运动速度估算量级 代表平 均拉摩半径 为该粒子的回旋效率 回旋半径 cyclotron radius 回旋半径又称拉莫尔 拉摩 半径 见 拉摩 拉莫尔 半径 条 有限拉莫半径效应 effect of finite Larmor radius 通常 把波中由于粒子的回旋半径具有非零的有限值而引起的效应 称为有限拉摩半 径效应 当粒子的回旋半径相对于横向 垂立于磁场方向 波长不能被忽略时 要考虑电场在 垂直方向的空间非均匀性对粒子的的影响 粒子在这种电场下的电漂移速度决定于它在一个 回旋周期中感受到的平均场 由于电子和离子回旋半径差别很大 所以感受到的平均场也不 同 因而具有不同的漂移速度 这样可导致电荷分离形成电场 如果该电场增强原先的电场 电场的空间不均匀性也相应增大 电荷就进一步分离 如此下去 等离子体就会变得不稳定 即造成漂移不稳定性 有些场合 有限拉莫尔半径效应也可以起稳定作用 导向中心 guiding centre 带电粒子在磁场中作自然回旋运动 其回旋轨道的曲率中心称为导向中心 这个导向 中心的运动往往比粒子本身更易追踪 导向中心亦称为回旋中心 漂移近似 drift approximation 磁化等离子体中 如果 1 电 磁场的时 空变化是很平缓的 或者说在一个回旋半径 c r 或回旋周期 1 T 内 变化很小 cc rBB rEE 11 BE BE tt 2 电场很弱 因而电场引起粒子速度的改变 eEE Tc mB 要求它在一个回旋周期T 内 很小 相当于要求 E c B 的散射叫做小角度散射 等离子体中的库仑碰撞散射 在很多情况下以小角度放射为主 粒子运动方向的偏转 主要是大量小偏转随机积累的结果 相当于速度空间中的一种扩散过程 可以用扩散系数来 描写 库仑对数 Coulomb logarithm 是出现在库仑碰撞问题中的一个参数反映库仑碰撞过程中 小角度散射与大角度散射过 程的相对重要性 库仑对数越大 表示小角度散射的过程越重要 以小角度散射为主的库仑 碰撞过程可以用某种速度空间的扩散系数以来描述 库仑对数的表达式为 0 lnln D b 其中 D 为德拜长度 0 b为偏转角为90 时的瞄准距 0 e e b u ee 为试探粒子与场 粒子的电荷 为两者的折合质量 u 为试探粒子入射时的初速度 由于 是 u 的函数计算较为困难 由于它出现在对数中 故对 u 的变化不灵敏 因而 常用平均值来代替 对热核等离子体 ln 在 10 一 20 范围 电子 离子碰撞频率 electron ion collision frequency 当试探粒子与大量场粒子相互作用后 其运动方向平均改变90 或原来运动速度减为 零 我们定义为 一次碰撞 电子作为试探粒子 离子作为场粒子时 得到电子 离子碰撞 频率为 42 6 3 2 3 2 4 2ln 2 9 10ln 3 ii ei e ee e Z nn v TmT 其中ln 为库仑对数 e 为电子电量 e m e T分别为电子质量及温度 i n为离子密氮 Z 为离子的电荷数 离子 离子碰撞频率 ion ion collision frequency 离子间的库仑碰撞频率为 42 8 3 2 3 2 4ln 4 8 10ln 3 p ii ii ii ii m e Z nn v TmmT 其中 p m为质子质量 i m i n和分别为离子质量 数